STM32 堆栈空间分布

参考

1. 运行时访问__initial_sp和__heap_base

无RTOS时的情况

在以上配置的情况下，生成工程。在工程的startup.s文件中，由如下代码：

Stack_Size		EQU     0x400AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__Stack_top		; 自己添加
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_spIF      :DEF:__MICROLIB           EXPORT  __initial_spEXPORT  __heap_baseEXPORT  __heap_limitEXPORT  __Stack_top	; 自己添加
ELSEIMPORT  __use_two_region_memoryEXPORT  __user_initial_stackheap
__user_initial_stackheapLDR     R0, =  Heap_MemLDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)LDR     R3, = Stack_MemBX      LRALIGN
ENDIF

通过以上代码可以看出，需要使能MicroLib才会默认导出__initial_sp,__Stack_top,__heap_base,__heap_limit这几个变量。（如果不使能MicroLib，则需要在上面代码的ELSE下面也添加EXPORT语句将这几个变量导出）。
然后在main.c中添加如下代码，查看以上这些变量的值：

  extern uint32_t __heap_base, __heap_limit;extern uint32_t __Stack_top, __initial_sp;extern uint32_t __Vectors, __Vectors_End, __Vectors_Size;while (1){// 0x200013A8 ~ 0x200015A8  size:0x200  RAMprintf("heapS[0x%08x], heapE[0x%08x]\r\n", (uint32_t)&__heap_base, (uint32_t)&__heap_limit);// 0x200019A8 ~ 0x200015A8  size:0x400  RAMprintf("stackS[0x%08x], stackE[0x%08x]\r\n", (uint32_t)&__initial_sp, (uint32_t)&__Stack_top); // 0x08000000 ~ 0x080000EC  ROMprintf("VectS[0x%08x], VectE[0x%08x], VectSize[0x%x]\r\n\r\n", (uint32_t)&__Vectors, (uint32_t)&__Vectors_End, (uint32_t)&__Vectors_Size);}

从上可以看到，__Stack_top和__heap_limit是一样的，说明这里分配的堆和栈是紧邻的。而且地址刚好也和我们在cubeMx中定义的一致。堆和栈是在RAM中，而中断向量表是在Flash中。

添加FreeRTOS

从以上三张图中，可以发现，我们给FreeRTOS总共分配了3072(0xC00) Bytes HEAP空间。而我们定义了一个defaultTask并分配了256 * 4 = 1024 Bytes，但是在最后的FreeRTOS Heap Usage页面看到，defaultTask实际使用了1144 Bytes，剩余3072 - 1144 = 1928 Bytes。（除了defaultTask多使用的1144 - 1024 = 120 Bytes（用于任务控制块TCB）外，其余都是可以对上的。）
生成工程后，我们还是将之前的那些堆栈指针地址打印出来，看一下MCU是如何进行地址分配的。只是这里还需要添加FreeRTOS中的堆栈信息了。首先通过追踪configTOTAL_HEAP_SIZE可以发现，堆空间定义为了一个数组：

	static uint8_t ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ];uint8_t* osHeapPoint = ucHeap;		// 由于以上变量是 static 类型，所有这里再定义一个指针指向这个 Heap 地址，以便在外部访问它；

然后我们就可以在defaultTask任务里面添加输出以上变量地址的代码了：

  extern uint32_t __heap_base, __heap_limit;extern uint32_t __Stack_top, __initial_sp;extern uint32_t __Vectors, __Vectors_End, __Vectors_Size;extern uint8_t* osHeapPoint;extern uint32_t local_addr1, local_addr2;void* os_mal_buf = malloc(50);uint32_t tast_local_val = 1;for(;;) {// 0x20002D10 ~ 0x20002F10  size:0x200  RAMprintf("HeapS[0x%08x], HeapE[0x%08x]\r\n", (uint32_t)&__heap_base, (uint32_t)&__heap_limit);// 0x20003310 ~ 0x20002F10  size:0x400  RAMprintf("StackS[0x%08x], StackE[0x%08x]\r\n", (uint32_t)&__initial_sp, (uint32_t)&__Stack_top);	// // 0x08000000 ~ 0x080000EC  ROMprintf("VectS[0x%08x], VectE[0x%08x], VectSize[0x%x]\r\n", (uint32_t)&__Vectors, (uint32_t)&__Vectors_End, (uint32_t)&__Vectors_Size);		// 中断向量表// 0x20002110   size: 3072 Bytes(0xC00)printf("OsHeapPoint[0x%08x]\r\n", (uint32_t)osHeapPoint);	// freeRTOS中定义的HEAP数组// 0x20002D18printf("Os_mal_buf[0x%08x]\r\n", (uint32_t)os_mal_buf);// 0x20002504printf("&Os_mal_buf[0x%08x]\r\n", (uint32_t)&os_mal_buf);// 0x20002508printf((char*)buf, "&tast_local_val[0x%08x]\r\n\r\n", (uint32_t)&tast_local_val);	// 在freeRTOS任务中定义的局部变量// 0x20000008, 0x2000000Cprintf("&global_var1[0x%08x], &global_var2[0x%08x]\r\n", (uint32_t)&global_var1, (uint32_t)&global_var2);	// 函数外部定义的全局变量// 0x20003304, 0x20003308printf("local_addr1[0x%08x], local_addr2[0x%08x]\r\n\r\n", local_addr1, local_addr2);	// 这两个全局变量保存了在freeRTOS初始化前，在main()函数中定义的两个局部变量的地址}

根据以上输出总结如下：

1. 从local_addr的地址(靠近__initial_sp)可以看出，栈空间的地址值是向下增长的，即栈顶(__initial_sp = 0x20003310)在高地址；
2. 从全局变量的地址可以看出，全局变量是默认分配在RAM的起始地址；
3. 在freeRTOS任务中定义的局部变量(&tast_local_val = 0x20002508)存储在定义freeRTOS时定义的HEAP里(0x20002110~0x20002D10)；
4. 再看一下&tast_local_val = 0x20002508这个数据，发现0x20002508大概等于0x20002110 + 256*4 = 0x20002510。这就再次说明，freeRTOS定义任务时，是从配置好的HEAP地址初始空间的开始部分给新任务分配Task stack的，而在任务中使用这个task stack时，还是符合栈的使用规范（即从高地址开始分配）；
5. 从s_mal_buf = 0x20002D18可以知道，即使在freeRTOS任务中动态分配，也是在任务之外的堆中分配空间。

疑问

1. 通过以上总结，发现在freeRTOS任务中定义局部变量和在freeRTOS任务之外定义局部变量，他们分配的地址空间是不一样的。那么，如果有以下函数：

void addr_test(void)
{uint32_t loc_var = 1;printf("&loc_var = 0x%08x\r\n", (uint32_t)&loc_var);
}

我分别在freeRTOS初始化之前调用，以及在freeRTOS的任务中调用，其输出会是什么呢？
经过验证，在freeRTOS初始化之前调用，输出的地址范围在0x20002F10 - 0x20003310之间；而在freeRTOS的任务中调用，输出的地址范围在0x20002110 - 0x20002D10之间。